生物工艺学2.doc

第一章1、生物工艺学定义:A 国际经济合作及发展组织定义: 生物技术是应用自然科学及工程学的原理，依靠生物作用剂（一般称为生物催化剂，是游离或固定化细胞、酶的总称）的作用将物料进行加工以提供产品和为社会服务的技术。B生物工艺学，也称生物技术，是指以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的工程技术手段，按照设计改造生物体或生物原料，为人类生产出所需要产品或达到某种目的的技术。2、 先进的工程技术手段：是指基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程、（生化工程）新技术。3、 发酵工程：是将微生物学、生物化学和化学工程的基本原理有机的结合起来，利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术，是生物技术产业化的重要环节。 发酵(广义):任何通过大规模培养微生物来生产产品的过程。4、 酶工程：它是从应用的角度出发研究酶，是在一定的生物反应装置中利用酶的催化性质进行生物转化的技术。其内容包括酶的生产、酶的分离纯化、酶分子修饰、酶固定化、酶反应动力学、酶反应器、酶的应用。5、 生物工艺学特点：(1)是一门综合性学科；(2)采用生物催化剂；(3)采用可再生资源为主要原料，原料来源丰富，价格低廉，过程中废物的危害性小，但由于原料成分难以控制，会给产品质量带来一定的影响。6、 生物反应的一般过程：7、 生物反应过程的工业生产主要有以下三种：酶催化反应过程；细胞反应过程；废水的生物处理过程。第二章1、 醋酸杆菌AS 1.41：是我国酿醋工业常用菌种之一。产醋酸量6%8%，可将醋酸进一步氧化为CO2和H2O。最适生长温度2830，耐酒精浓度8%。2、 酵母菌：兼性厌氧 有氧条件下，将可发性糖类通过有氧呼吸作用彻底氧化为CO2和H2O，释放大量能量供菌体繁殖； 无氧条件下，使可发酵性糖类通过发酵作用（EMP途径）生成酒精和CO2，释放较少能量供细胞繁殖。3、 工业微生物菌种选育： 通过各种手段获得代谢调控机制不完善的菌株，以改良菌种的特性，使其符合工业生产的要求。4、 诱变育种：是通过人工处理微生物，使之发生突变，并运用合理的筛选程序和方法，把适合人类需要的伏良菌株选育出来的过程。5、 理性筛选：是指运用遗传学、生物化学的原理，根据产物已知的或可能的生物合成途径、代谢调控机制和产物分子结构来进行设计和采用一些筛选方法，以打破原有的代谢调控机制，来获得高产突变株。6、 杂交育种：一般是指两个不同基因型的菌株通过接合或原生质体融合使遗传物质重新组合，再从中分离和筛选出具有新性状的菌株。杂交育种是选用已知性状的供体菌株作为亲本，把不同菌株的优良性状集中于组合体中。 杂交育种具有定向育种的性质。 杂交育种主要有常规的杂交育种和原生质体融合这两种方法。7、原生质体融合是将双亲株的微生物细胞分别通过酶解去壁，使之形成原生质体，然后在高渗条件下混合，并加入物理的、化学的或生物的助融条件，使双亲株的原生质体间发生相互凝集和融合的过程。 8、DNA重组过程： (1)目的基因的获得 (2) 与载体DNA分子的连接 (3)重组DNA分子引入宿主细胞(4)选出含有所需重组DNA分子的宿主细胞。9、这些纯种培养物称为种子，优良的种子须具有生长活力强、生理性状稳定、具有适宜的菌体总量及浓度、无杂菌污染、保持稳定的生产能力等条件。10、种子制备的过程：其过程大致可分为实验室制备阶段和生产车间种子制备阶段。11、种子质量判断： (1) 菌体形态、菌体浓度以及培养液的外观。 (2)生化指标 (3)产物生成量 (4)酶活力:测定种子液中某种酶的活力，作为种子质量的标准，是一种较新的方法。 此外，种子应确保无任何杂菌污染。 种子异常：(1)菌种生长发育缓慢或过快 (2)菌丝结团 (3)菌丝粘壁12、 复壮：因为在退化的菌种中仍有一些保持原有菌种特性的细胞，故有可能采取一些相应措施，使这些细胞生长、繁殖，以更新退化的菌株。常用方法：单细胞分离、纯化、扩大培养。第三章1、 工业培养基: 指提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的，按一定比例配制的多种营养物质的混合物。2、 工业大规模发酵的培养基遵循原则：必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分。有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质的转化率。有利于提高产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力。有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化。原料价格低廉，质量稳定，取材容易。所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于提高氧的利用率，降低能耗。有利于产品的分离纯化，并尽可能减少 “三废”物质的产生。2、 工业培养基的成分及来源 ：碳源 能源 氮源 无机盐及微量元素 生长调节物质 水。2.1 碳源：能提供微生物营养所需碳(元)素或碳架的营养物质称为碳源。意义：是微生物细胞需要量最大的元素。葡萄糖效应：葡萄糖或某些容易利用的碳源，其分解代谢产物阻遏某些诱导酶体系编码的基因转录的现象。2.2 能源：提供微生物生命活动所需能量的物质。（也是意义）2.3 氮源：能提供微生物所需氮素的营养物质。常用的氮源分为两大类：有机氮源和无机氮源。铵盐是微生物最常用的氮源。2.4 无机盐及微量元素：生理功能：提供微生物细胞化学组成中(除C和N外)的重要元素。参与并稳定微生物细胞的结构。与酶的组成和活力有关。调节和维持微生物生长过程中诸如渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位等生长条件；用作某些化能自养细菌物能源物质。用作呼吸链末端的氢受体。3、 生长调节物质：微生物自己不能合成，但生长不可缺少的微量有机物，它是构成细胞的组成部分、促进生命活动的进行。生长因子：是在培养基中补充的微量有机营养物质才能使微生物生长或者生长良好的物质。主要功能：是提供微生物细胞重要化学物质(蛋白质、核酸和脂质)、辅因子(辅酶和辅基)的组分和参与代谢。4、 前体：指某些加入到培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，而自身的结构并没有多大变化，产物的产量也因此提高的物质。5、 抑制剂：在发酵过程中加入抑制剂会抑制某些代谢途径的进行同时会使另一代谢途径活跃，从而获得人们所需的某种产物或使正常代谢的某一代谢中间物积累起来。6、 促进剂：指那些既不是营养物又不是前体，但却能提高产量的添加剂。一般来说，促进剂的专一性较强，效果较好，用量极微，相互间不能套用。7、 合成培养基：是通过顺序加入准确称量的高纯化学试剂与蒸馏水配制而成的，其所含成分(包括微量元素在内)以及它们的量都能确切地知道。优点：化学成分确定并精确定量，实验的可重复性高；缺点：配制较烦，成本较高。应用：实验室中进行的营养、代谢、遗传育种、鉴定和生物测定等定量要求较高的研究。 8、 将淀粉降解要经历三个不可逆过程：糊化、液化、糖化。 糊化：在热水溶液中，水分子大量进入淀粉分子中，体积增大，密结的淀粉颗粒膨胀、破裂，形成粘性(粘稠)的溶液。 糊化后的淀粉不再聚结成固体淀粉颗粒，需经酸或酶的作用进一步地降解。 液化：由许多葡萄糖残基组成的淀粉长链(支链淀粉和直链淀粉)被a淀粉酶或酸迅速分解为短链，形成糊精。因而可使已糊化醪液的粘度迅速下降，即表现为由半固态变为溶液态。 糖化：经液化后的产物糊精及低聚糖可在葡萄糖淀粉酶（对a1、4、 a1、6糖苷键都作用 ）的作用下进一步地分解成为葡萄糖单糖的过程。9、 淀粉水解糖的制备方法： 酸解法、酶解法、酸酶解法。酶解法具有以下一些优点： 由于酶解反应条件比较温和，因此不需要耐高温和耐高压的设备。不仅节省设备投资，而且也改善了操作条件。 由于酶的作用专一性强，因此淀粉水解过程中很少有副反应发生，淀粉水解的转化率较高，DE值可达98以上，比酸解法的90高出许多。 因为酶法水解淀粉很少发生副反应。淀粉乳的浓度可提高到不超过40%为宜。 用酶解法制得的糖液色泽较浅，质量高。 但反应时间较长，对一些质地坚硬的原料处理效果较差。第四章1 湿热灭菌原理 ： 1.1 致死温度：杀死微生物的极限温度；或指在一定时间内杀死微生物的最低温度。 1.2 致死时间：在致死温度下，杀死全部微生物所需要的最少时间。 1.3 热阻：微生物对热的抵抗力，即指微生物在某一特定条件下(主要是温度)的致死时间。 1.4 相对热阻：指某一条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间之比。 k是微生物耐热性的一种特征，随微生物的种类和灭菌温度不同而不同。 k越小，微生物越耐热。2. 灭菌温度和时间的选择：培养基灭菌一般选择高温快速灭菌法，则为达到相同的灭菌效果，提高灭菌温度可以明显缩短灭菌时间，并可减少培养基因受热时间长而遭到破坏的损失。3. 培养基的分批灭菌：就是将配制好的培养基放在发酵罐或生物反应器中，用直接蒸汽或间接蒸汽将培养基和所用设备加热到灭菌温度(一般121)，并在此温度维持一定时间，再冷却到发酵温度 ，此操作过程，也称为实罐灭菌。分批灭菌过程包括升温、维持和冷却三个阶段 空消：是对发酵罐设备及其周边连接管道进行灭菌处理。 优点：培养基的分批灭菌不需要专门的灭菌设备，对蒸汽要求低，投资少，设备简单，灭菌效果可靠。 缺点：在灭菌过程中蒸汽消耗量大，造成锅炉负荷波动大。 应用：常用于中、小型发酵罐的培养基灭菌。4. 培养基的连续灭菌：是将配好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却的灭菌过程。 优点： 可采用高温短时灭菌，培养基受热时间短，营养成分损失少，有利于提高发酵率,发酵罐利用及产量； 产品质量较易控制。 蒸汽负荷